ADC的0通道输入经过检波后的采样信号,带宽为10KHz ,经RC滤波去除交流分量。5.1V稳压管起保护作用,高于5.1V的输入信号被限幅在5.1V之内。该输入波形的X轴方向扫描频率为50Hz,周期为 20ms,12ms工作期,8ms消隐期。外部中断管脚INT0输入50Hz的方波,作为同步脉冲。MCU的晶振选为6M。
屏幕规划
该液晶屏为320×240点阵,将坐标原点(0,0)定在整个液晶屏的左上角,向右为X坐标,向下为Y坐标。为美观起见,四周边框留出空白区域,实际显示曲线的区域为X方向从第24点到264点,共240个点距,30字节;Y方向从第16点到208点,共192个点距, 24字节。为方便观测,在显示区内绘制坐标轴,用虚线等间距地将横向分作10小格,竖向分作8小格。
在进行图形显示时,起初我们采用的是单层显示方法,但由于要求实时显示,必须考虑屏幕的刷新问题。由于此液晶屏属多点阵,刷新满屏需花费很长一段时间,刷新完后还要在屏幕上重新绘制出坐标轴,增加了MCU的操作负担,而且频繁的满屏刷新还会引起屏幕的闪烁现象发生。因此采取的解决方法为:显示时分作两层显示,第一层为文本属性,第二层为图形属性。将不需刷新的坐标轴、汉字显示在文本层,首地址$0000。将实时动态更新的幅频特性曲线显示在图形层,首地址 $1000,并通过两层的逻辑“或”操作进行合成显示,以达到图文并茂的显示效果。这样,在刷新时,文本层上的坐标轴和汉字可以保持不变,所需刷新的仅为图形层上的曲线。实际测试结果表明,分层显示的设计思路是正确的。
软件设计
绘制曲线在软件设计上关键是画点和消点的程序。
ADC采用单次转换模式,总的转换周期数为14,总的转换时间70~280ms,预分频器的分频因子选为32,故ADC时钟频率为6M/32= 187.5KHz。所以每一次的转换时间是14/187.5K=74.666ms,此ADC转换时间是在6M的晶体振荡频率下最快的采样时间。若选小于 32的分频因子,则总的转换时间太快,将小于70ms,不能实现。考虑到实际需要,ADC转换时间越快越适宜,故不采用64以上分频。
用ox来记录X方向字节数,初始值为$00,随点的右移从1到30递增。当ox=30时,说明X方向已到达有效显示区的尾部。code记录点在字节中所处位置,画奇数点时code从$80开始右移,画偶数点时code从$40开始右移,每次移动2位,移完一字节后,ox加1。
ADC能转换的最大量程电压是电路基准电压Vre
f的值,这里调节的是4V。1V占48个点距。某一时刻,输入信号Z V(Z≤4),则其在屏幕上Y向的位置是208-Z×48。MCU内嵌的ADC为10位精度,采样结果转化成点的高度的计算表达式为:
208-(AD值)×(4/1024)×48=208-(AD值)×3/16 (1)
考虑到输入信号的扫描时间和MCU的AD转换时间,整个屏幕在X方向要显示240点,只能采取隔列扫描的方法,分两帧画完全屏,第一帧画奇数点,第二帧画偶数点。先在工作期12ms内采样数据,进行120次AD转换,将其转换结果按顺序存入片内SRAM中,所以需要100ms启动ADC一次。同时,把信号的消隐期8ms加以利用,在整个20ms周期内画120个奇数点,20ms/120=166.666ms,我们设定每隔161.333ms画一个点。画点的具体方法为:从SRAM中取出AD值,将每组的AD采样结果用式(1)进行计算,转化成Y方向坐标,得到点的高度值,送入寄存器oy中。由于屏幕上一横行是320个点,即40字节,显示区距离左边框为3字节,可计算出该点的地址,结果存于寄存器r7: r6中,表达式为:
r7: r6 = oy*40+3+$1000+ox (2)
接着再确定该点在此字节中的位数,调用绘点程序即可。画完一屏的奇数点后,等待下一个同步脉冲到来,然后,在同样的扫描时间内,用同样的方法绘制出120 个偶数点。这样,全屏显示的时间仅为40ms,人的肉眼观测到的是一条连续的曲线,不会出现隔列的效果。另外,考虑到屏幕的刷新问题,每次画点前,都要在此列先消点。消点和画点的方法类似,程序中用ox1和code1与画点加以区别,这里不再累述。
程序中用寄存器r25作标志状态寄存器,各标志位说明如下:
r25(3):两帧画完全屏。 r25(3)=0,第一帧画奇数点;r25(3)=1,第二帧画偶数点;
r25(4) :在T/C1中断里置位 r25(4)=1,表明显示时间已到,可以进行画点显示;
r25(5) :在ADC转换结束中断里置位 r25(5) =1,表明ADC转换结束,已采样到数据并存入SRAM中。